高职“工业机器人技术应用”课程教学改革实践

王水发 陈天炎

[摘 要] 主要分析了我国工业机器人技术应用的人才需求特点和传统的工业机器人技术应用课程的教学困境，根据高职院校的特点和本校“工业机器人技术应用”课程的教学情况，利用改进翻转课堂、理实一体、虚实结合、过程性考核等教学方法，提高学生的学习积极性和主动性，为高职工业机器人课程的教学提供借鉴，与校企生产应用紧密衔接，具有一定的现实意义。

[关 键 词] 高职院校；工业机器人；教学改革

[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）30-0012-02

随着德国“工业4.0”概念的提出和“中国制造2025”等国家战略的开展，工业机器人产业面临井喷式发展，众多企业迫切需要转型升级，转换生产方式也迫切需要大量专业技术技能型人才来提供保障，预计2025年工业机器人销量将达到26万台，保有量达到180万台[1]，而目前相应的人才储备大多数是从传统的机电一体化技术专业和电气自动化专业经过后期的企业再培训而成，不仅给企业和社会增加了很多的成本，而且在数量和质量上都远远满足不了社会的需求，特别是具有工业机器技术应用的技术技能型人才。近几年很多高职院校开始开设工业机器人专业。因此，为不断提升工业机器人专业技能训练教学效果，对其相关的核心课程进行教学研究具有非常重要的实际意义。

本文将围绕如何提高工业机器人技术应用课程技能训练效果展开研究，对当前课程教学中存在的问题进行分析，结合高职院校的特点和本校“工业机器人技术应用”课程的教学情况，提出一些有效的教学内容和方式，提高学生的技能教学效果。

一、传统教学问题

（一）教学内容不适合高职院校学生

传统的工业机器人课程主要教授工业机器人的运动学和动力学等理论知识，涉及很多数学理论公式的计算，侧重于理论教学，实践教学缺乏[2]；而高职院校学生学习基础相较于本科院校基础较差、学习主动性和积极性也不高，如果教学内容还是以这种枯燥的理论知识为主，将严重影响学生的学习积极性，不利于高职类学生的学习。

（二）理论和实践不能有效结合

传统的理论教学和实践教学在时间上独立分开，高职学生缺乏主动性，很少有人在课前课后进行预习和复习，往往两节实践课就要花一节课复习上节课内容，实践教学效果较差。

（三）教学实践设备严重不足

工业机器人实训设备是昂贵的，一套实训设备动不动就十几万、几十万。而学校的办学经费有限，大多数院校现有的实训设备远远无法满足一个教学标准班（50人）的实践教學要求[3]，但高职院校是以培养技术型人才为主要目标，工业现场对工业机器人操作者的应用能力要求很高，缺乏实践很难达到预期的培养目标。

（四）缺乏良好的教学考核方式

课程的考核评估是学生最关心的环节，良好的考核方式有利于提高学生的学习积极性，从而提高教学效果，很多学校的考核方式主要集中在课堂考勤、平时作业、实验报告和期末的理论考试，缺乏过程性的有效考核，这将导致平时的实践实训效果大打折扣，达不到预期的目的。

（五）教师缺乏专业的技能实践经验

工业机器人技术应用课程是一门交叉学科，正朝着智能化、模块化和系统化的方向发展[4]。高职专业教师不仅需要深厚的工业机器人专业理论知识，同时也应该具有一定的实际操作工艺应用经验，但目前工业机器人产业大力发展，严重缺乏这样的专业教师，所以在工程教育与产业需求上依然存在脱节现象，人才培养跟不上产业发展的节奏。

二、教学改革与实践

（一）优化教学内容

为了更加适应高职学生的特点，我们重新编排了“工业机器人技术应用”课程的教学内容，删除了繁琐的公式推导部分，偏重于基本概念和基本规律，在内容的选择上尽可能地反映国内外近年来在工业机器人理论研究和生产应用方面的成果；在结构编排上循序渐进，遵循学生的认知规律，结合学校KUKA工业机器人实训工作站，将教学内容划分为多个实训任务，编写成《工业机器人技术应用实训任务工作单》，明确任务的教学目标、教学内容，如图1所示。各任务之间既存在联系又相互独立，以任务驱动为导向，可以使学生在完成任务过程中更能理解工业机器人的基础知识和操作技巧。

（二）改进“翻转课堂”的教学模式

所谓的“翻转课堂”教学模式，其实是相对于传统的教学模式而言的，即教师先把学生需要学习的内容录制成微课，并发布到互联网上；学生在上课前可以通过网络在家中或课外观看教学微课视频，视频可以重复播放，方便做学习内容的记录。在课堂上，师生可以进行互动交流，并完成课堂作业练习[5]。这种教学方式可以使自觉性强的学生养成良好的自我管理能力和自主学习习惯，提高学习效率；而自觉性不强的学生，则会因为自己不学，而导致学习直接脱节，这样很容易造成学生的两极分化。

因此，我们将制作的微课放到网络上，只是方便学生预习和复习，课堂上还会再讲解演示。并将实际操作的部分也录制成视频，做成二维码的形式，贴在实训平台上，解决实操课上因人数太多，学生看不清老师示范操作过程的问题。也方便因设备不足，实训课上还没轮到操作的学生观看，提高实训效率。

（三）“理—虚—实”的教学方式

工业机器人技术应用是一门操作性很强的专业课程，在设计思路上充分体现一体化，即理论与实践内容一体化、知识传授与动手训练场地一体化、理论与实践教师为一人的“一体化”。为达到较好的教学效果，我们将KUKA机器人示教器界面通过信息化手段投影到大屏幕上，方便教学，如图2所示。同时利用RobotArt离线仿真软件（也可利用KUKA自己开发的KUKA.Sim Pro和KUKA.OfficeLite），先在离线仿真软件上仿真操作，等操作熟悉了或编写的程序在软件上仿真正确了，再到实际的设备中操作验证。这既可以让学生学习工业机器人离线仿真软件的应用，又能解决学生实际操作设备数量不足等问题，提高学生学习效果和操作安全性。工业机器人的离线仿真平台如图3所示。目前，也有半实物仿真平台，即示教器是真实的，而机器人本体操作平台是虚拟仿真的，这个平台成本较低，适用于平时的学生训练操作。